CN103822579B - 一种用于激光尺寸测量装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及到一种用于激光尺寸检测系统的控制系统，包括用于接收测量点位置信息，并发送至运动控制器的上位机控制模块；用于将位置信息解析为脉冲命令或PWM波以控制伺服驱动器的运动控制器；用于接收运动控制器的运动指令，并按照指令要求控制伺服电机的伺服驱动器；用于带动激光传感器运动到达指定测量点进行尺寸测量的伺服电机和负责运动控制器、伺服驱动器、伺服电机的供电管理的电源管理模块。本发明具有测量速度快；可随时根据测量要求改变激光传感器运动方式，测量的准确性和精度高等优点。

Description

一种用于激光尺寸测量装置的控制系统

技术领域

本发明涉及激光测量领域，具体涉及到一种用于激光尺寸检测系统的控制系统。

背景技术

工业领域中很多场合都会对产品或零件的尺寸做出要求，尤其是对外观造型和安装质量有要求的场合。传统检测方式中多以机械检具或靠模结合手动仪表的方式，这种检测方式的缺点显而易见：首先不同产品零件需要不同的检具，大量检具的生产不仅加大生产成本，对于生产时间较长的大型企业检具的存放甚至也成为负担；其次手动测量在浪费人力物力的同时也存在测量可靠性差、不方便信息化管理等缺点。并且传统检测方式多以抽检的形式实施，现今对产品质量要求越来越高，实现产品的全检被越来越多的客户要求。要以传统的检测方式实现全检耗时耗力都是企业难以承担的。在这种背景下，产品或零件尺寸的自动检测将会是今后的发展方向。目前在自动尺寸检测的手段中，激光和工业照相机最为主流，激光更以方便、灵活、精确的测量在众多场合得以应用。

实现自动检测，至关重要的是检测控制系统。控制系统对上衔接激光尺寸测量装置，对下驱动运动系统从而带动机械传动系统，进而带动激光传感器进行测量。对于整个激光尺寸测量装置而言，控制系统是承上启下的重要部分，它根据测量系统的要求将激光传感器带到合理的位置。控制系统的合理与否直接关系整个系统能否进行灵活精确的测量。相对于机床等传统加工装置的控制系统而言，用于激光尺寸检测的控制系统对转矩输出的要求不高，而对末端机构的运动灵活性和运动精度有较高的要求。因此，设计甚至规范一种用于激光尺寸测量运动单元至关重要。

发明内容

针对现有技术中传统检测方法的弊端及控制系统在激光尺寸测量装置中的重要性，本发明旨在设计一种高效可行的用于激光尺寸测量装置的控制系统，本发明的技术方案如下：一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，用于激光尺寸测量装置中测量部件和机械部件的控制，包括上位机控制模块、运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和电源管理模块，其中上位机控制模块用于接收激光尺寸测量装置的测量点位置信息，并将该信息发送至运动控制器，同时，上位机控制模块与激光尺寸测量装置中的测量部件进行通信，实时交换位置信息；运动控制器用于将上位机控制模块发送的位置信息解析为脉冲命令或PWM波以控制伺服驱动器；伺服驱动器用于接收运动控制器的运动指令，并按照指令要求控制伺服电机的转矩环和速度环；伺服电机用于带动激光尺寸测量装置的机械部件，进而带动激光传感器运动到达激光尺寸测量装置指定的测量点进行尺寸测量；电源管理模块负责运动控制器、伺服驱动器、伺服电机的供电管理。

进一步地，上述控制系统还包括外围设备，外围设备包括围栏、限位开关、工作灯在内的外围辅助部件，该外围设备受运动控制器的控制，辅助控制系统的工作。

进一步地，上述运动控制器与电源管理模块交互保证控制系统的上电顺序，保证控制系统异常时断掉强电以保护控制系统。

更近一步地，上述上位机控制模块还可以接收来自其他软件的测量轨迹以形成测量点信息。

上述上位机控制模块的工作流程为：

0）等待检测命令：如果得到命令则进入下一步，否则继续等待，直到得到检测命令；

1）获取检测路径：通过其它途径导入文件并解析为三维点坐标数据，或者直接接受通过人机界面获取的点坐标数据；

2）一个运动周期：和运动控制器交互，控制激光传感器运动到指定点，该点坐标通过步骤1）获取；

3）一个采集周期：和上位机测量模块交互，激光传感器运动到指定位置后开启数据采集，并等待本次数据采集结束；

4）合理性判别：结合激光尺寸测量装置的数据处理算法对本次采集数据进行甄别，判断本次采集对激光尺寸测量装置测量的贡献是否足够，如果没有达到要求则调整路径后返回步骤2），如果达到要求则进入步骤5）；

5）判别是否完成检测任务：即判别是否完成了检测路径中所有测量点的测量任务，如果未完成则返回步骤2），否则返回步骤0）。

在上述步骤2）中一个运动周期还包括如下步骤：

21）读取系统运动状态：读取运动控制器中系统位置等信息，并计算目的位置和现在位置的行对距离。

22）下达运动命令：给运动控制器下达运动命令，并发送具体要运动的相对位置信息。

23）查询回传信息：查询运动控制器传回来的信息，如果已经到达目的位置则返回主流程，结束本次运动周期，否则继续等待。

在上述步骤3）中一个采集周期还包括如下步骤：

31）给上位机测量模块发送交互信号，以命其启动数据采集；

32）等待上位机测量模块的数据采集完成信号，如果已完成，则返回主流程，否则继续等待。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、电机伺服控制任务下放到专用的运动控制器：相对于使用通用的运动控制器结构上更加紧凑合理；同时减轻了上位机的任务，这样上位机可以专用于整体控制和检测数据处理，提高了整体测量速度。

2、上位机控制模块逐点实时下达运动命令：这种方式相对于常规激光尺寸测量装置中给运动控制器传输NC文件更加方便，上位机可以随时控制运动控制器而不必等到新的NC文件的被传输和执行；这种方式也更加灵活，可随时根据测量要求改变激光传感器运动方式。

3、本发明中上位机控制模块和运动控制器的交互过程中，上位机控制模块可与上位机测量模块数据实时交互，实时评估和纠正测量，保证了数据质量，提高了测量的准确性和精度。

附图说明

图1为本发明的控制系统结构图；

图2为本激光尺寸测量装置框图；

图3为本发明供电原理图；

图4为本发明中的上位机控制模块总流程图；

图5为本发明上位机控制模块流程中运动周期路程；

图6为本发明上位机控制模块流程中采集周期流程。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。

附图1为激光尺寸测量装置的控制系统结构图，从图1中可以看出，本发明包括上位机控制模块、运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和电源管理模块，其中上位机控制模块用于接收激光尺寸测量装置的测量点位置信息，并将该信息发送至运动控制器，同时，上位机控制模块与激光尺寸测量装置中的测量部件进行通信，实时交换位置信息；运动控制器用于将上位机控制模块发送的位置信息解析为脉冲命令或PWM波以控制伺服驱动器；伺服驱动器用于接收运动控制器的运动指令，并按照指令要求控制伺服电机的转矩环和速度环；伺服电机用于带动激光尺寸测量装置的机械部件，进而带动激光传感器运动到达激光尺寸测量装置指定的测量点进行尺寸测量；电源管理模块负责运动控制器、伺服驱动器、伺服电机的供电管理。

作为本发明的优选实施例，本发明中的上位机控制模块还接收来自其他软件的测量轨迹以形成测量点位置信息进而给运动控制器下达位置命令。

作为本发明的优选实施例，上述控制系统还包括外围设备，外围设备包括围栏、限位开关、工作灯在内的外围辅助部件，该外围设备受运动控制器的控制，辅助控制系统的工作。围栏仅有在系统不工作的时候才能被打开；工作灯用于指示系统是否正常工作；限位开关协助硬限位装置为运动控制器提供更安全的限位信号。

作为本发明的优选实施例，上述上位机控制模块与激光尺寸测量装置中的上位机检测模块进行通信，保证激光尺寸测量装置中的测量部件和机械部件的运动有序进行。

图2为激光尺寸测量装置框图，激光尺寸测量装置包括控制系统、测量部件、机械部件，三者紧密结合。其中测量部件包括上位机测量模块和激光传感器，主要负责数据的采集、处理、存储、显示等；机械部件为机械传动装置，机械传动装置通过控制系统中伺服电机的运行而带动，进而带动安装在机械结构上的激光传感器，激光传感器采集到的数据是上位机测量模块进行数据处理、存储和显示的基础。控制系统（虚线框标出部分）负责根据激光尺寸测量装置的要求控制机械部件的运动，有着承上启下的作用。激光尺寸测量装置软件安装在上位机上，包括上位机测量模块和上位机控制模块，二者分别属于测量部件和控制系统，二者的相互交互把测量部件和控制系统衔接了起来。

图3为本发明供电原理图，本发明中的电源管理模块电源管理模块负责运动控制器、伺服驱动器、伺服电机的供电管理，和运动控制器紧密联系以确保强电仅在系统正常时被提供。作为本发明的优选实施例，本发明动力用电和控制用电分开供电。设空气开关为总开关，动力线主电路的通断通过电源管理模块控制接触器进行控制。电源在接入控制系统之前先通过滤波器，有效防止了电网干扰造成的控制错误。

如图4所示为本发明上位机控制模块的工作流程，具体为：

0）等待检测命令：

如果得到命令则进入下一步，否则继续等待，直到得到检测命令。

1）获取检测路径：

通过其它途径导入文件并解析为三维点坐标数据，或者直接接受通过人机界面获取的点坐标数据。

2）一个运动周期：

和运动控制器交互，控制激光传感器运动到指定点，该点坐标通过步骤1）获取。流程如图5所示，具体为：

21）读取系统运动状态：读取运动控制器中系统位置等信息，并计算目的位置和现在位置的行对距离。

22）下达运动命令：给运动控制器下达运动命令，并发送具体要运动的相对位置信息。

23）查询回传信息：查询运动控制器传回来的信息，如果已经到达目的位置则返回主流程，结束本次运动周期，否则继续等待。

3）一个采集周期：

和上位机测量模块交互，激光传感器运动到指定位置后开启数据采集，并等待本次数据采集结束。流程如图6所示，具体为：

31）给上位机测量模块发送交互信号，以命其启动数据采集；

32）等待上位机测量模块的数据采集完成信号，如果已完成，则返回主流程，否则继续等待。

4）合理性判别：

结合激光尺寸测量装置的数据处理算法对本次采集数据进行甄别，判断本次采集对激光尺寸测量装置测量的贡献是否足够，如果没有达到要求则调整路径后返回步骤2），如果达到要求则进入步骤5）。

5）判别是否完成检测任务：

即判别是否完成了检测路径中所有测量点的测量任务，如果未完成则返回步骤2），否则返回步骤0）。

本发明中，为了上位机控制模块和运动控制器更好的通信，运动控制器部分集成通信接口，以动态链接库的形式提供给上位机控制模块。这些通信接口包括命令类和查询类，命令类又进一步包括运动命令、控制命令等，查询类又进一步包括状态查询、位置信息查询、错误查询等。本发明中的上位机控制模块和运动控制器的通信硬件上通过以太网接口实现，通讯协议采用XML定义，易于扩展，运动控制器提供windows版标准c动态链接库，上位直接调用其函数来读取信息和发送命令。运动控制器和上位机控制模块交互的过程中，上位机控制模块除正常的工作流程外还包括对运动控制器状态的管理以及对系统错误的处理。状态管理为工作流程提供一些必要辅助信息和手段；错误处理对上位机控制模块本身和运动控制器的错误进行处理，通过中断的方式进入，必要时和通过人机界面和用户交互。本实施例中的具体接口函数包括连接、断开连接、回原点、运动到指定位置、取得当前位置、取得当前状态、设定和查询坐标系、复位、停止、暂停、继续、取得错误编号、关机等。

Claims (6)

1.一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，用于激光尺寸测量装置中测量部件与机械部件的控制，其特征在于，包括上位机控制模块、运动控制器、伺服驱动器、伺服电机和电源管理模块，所述上位机控制模块用于接收激光尺寸测量装置的测量点位置信息，并将该信息发送至运动控制器，同时，上位机控制模块与激光尺寸测量装置中的测量部件进行通信，实时交换位置信息；所述运动控制器用于将上位机控制模块发送的位置信息解析为脉冲命令或PWM波以控制伺服驱动器；所述伺服驱动器用于接收运动控制器的运动指令，并按照指令要求控制伺服电机的转矩环和速度环；所述伺服电机用于带动激光尺寸测量装置的机械部件，进而带动激光传感器运动到达激光尺寸测量装置指定的测量点进行尺寸测量；所述电源管理模块负责运动控制器、伺服驱动器、伺服电机的供电管理；

所述上位机控制模块的工作流程为：

0)等待检测命令：如果得到命令则进入下一步，否则继续等待，直到得到检测命令；

1)获取检测路径：通过其它途径导入文件并解析为三维点坐标数据，或者直接接受通过人机界面获取的点坐标数据；

2)一个运动周期：和运动控制器交互，控制激光传感器运动到指定点，该点坐标通过步骤1)获取；

3)一个采集周期：和上位机测量模块交互，激光传感器运动到指定位置后开启数据采集，并等待本次数据采集结束；

4)合理性判别：结合激光尺寸测量装置的数据处理算法对本次采集数据进行甄别，判断本次采集对激光尺寸测量装置测量的贡献是否足够，如果没有达到要求则调整路径后返回步骤2)，如果达到要求则进入步骤5)；

5)判别是否完成检测任务：即判别是否完成了检测路径中所有测量点的测量任务，如果未完成则返回步骤2)，否则返回步骤0)。

2.如权利要求1所述的一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，其特征在于，还包括外围设备，所述外围设备包括围栏、限位开关、工作灯在内的外围辅助部件，该外围设备受运动控制器的控制，辅助控制系统的工作。

3.如权利要求1所述的一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，其特征在于，所述运动控制器与电源管理模块交互保证控制系统的上电顺序，保证控制系统异常时断掉强电以保护控制系统。

4.如权利要求1所述的一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，其特征在于，所述上位机控制模块还可以接收来自其他软件的测量轨迹以形成测量点信息。

5.如权利要求1所述的一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，其特征在于，所述步骤2)中一个运动周期还包括如下步骤：

21)读取系统运动状态：读取运动控制器中系统位置信息，并计算目的位置和现在位置的行对距离；

22)下达运动命令：给运动控制器下达运动命令，并发送具体要运动的相对位置信息；

23)查询回传信息：查询运动控制器传回来的信息，如果已经到达目的位置则返回主流程，结束本次运动周期，否则继续等待。

6.如权利要求1所述的一种用于激光尺寸测量装置的控制系统，其特征在于，所述步骤3)中一个采集周期还包括如下步骤：

31)给上位机测量模块发送交互信号，以命其启动数据采集；

32)等待上位机测量模块的数据采集完成信号，如果已完成，则返回主流程，否则继续等待。